本发明实施例涉及有色金属冶金技术领域，具体涉及一种改进的海绵镉置换工艺。
背景技术：
镉是一种有色重金属，柔软、富延展性、表面易氧化，在镀镉、制造合金、颜料、塑料稳定剂、电池等方面应用广泛。90％的含镉原料来源于铅锌冶炼中，有时也从废镍镉电池中提取金属镉。
湿法炼锌净化工序产生的铜镉渣和火法炼锌产出的含镉烟尘是生产镉的初始原料。由湿法和火法组成的联合法是大部分冶炼厂采用的镉的提取工艺方法，其主要流程包括：浸出、净化、置换，压团熔炼和精馏几道生产工序。工艺中各道工序上下衔接，对于镉的提取生产都很关键，其中通过总结多年生产实践经验得出置换过程在整个生产过程中最为关键，直接影响生产的正常进行及粗镉的质量。置换是基于镉、锌金属的电极电位不同，采用加锌粉的办法将置前液中的镉置换沉淀，达到镉、锌分离的目的。
目前的海绵镉置换工艺普遍存在硫酸消耗高、锌粉消耗高、海绵镉质量差，镉品位低、海绵镉含锌高、海绵镉在后序熔融烧碱覆盖熔炼时，烧碱消耗高、海绵镉含杂质多熔炼时间必然长，热能消耗会有所增加、置换温度偏高、置换时间长等问题。葫芦岛有色金属集团有限公司、株洲冶炼集团股份有限公司和韶关冶炼厂是国内生产锌铅的典型企业，其中，葫芦岛有色金属集团有限公司的海绵镉置换工艺中酸添加量高达溶液中镉总量的20-30％，锌粉添加量高达溶液中镉总量的80-90％，株洲冶炼集团股份有限公司和韶关冶炼厂的海绵镉置换工艺中锌粉添加量高达溶液中镉总量的70-81％。
技术实现要素：
为此，本发明实施例提供一种改进的海绵镉置换工艺，以解决现有海绵镉置换工艺中存在的硫酸消耗高、锌粉消耗高、置换时间长等问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，一种改进的海绵镉置换工艺，所述工艺包括如下步骤：
将镉液放置于反应槽中；
称取浓硫酸和锌粉备用；其中，所述浓硫酸的量为镉液中镉含量的2.5-3.5％，锌粉量为镉液中镉含量的58-60％；
在搅拌条件下，向镉液中先加入部分浓硫酸调整溶液酸度至ph值为2.5-2.7，再同步、均匀、连续地加入锌粉和剩余浓硫酸进行置换反应，置换反应结束后进行固液分离得到海绵镉和镉含量为0.5-1g/l的滤液。
通过上述技术方案，相比现有技术，本发明的工艺明显降低了浓硫酸和锌粉的使用量，其中，浓硫酸的添加总量降低了85-90％，锌粉的添加量降低了13.5-18.3％，有效地降低了原材料的使用量，进而降低了海绵镉的置换成本，各个单位可以根据自身的实际情况，按本发明的要求调整浓硫酸和锌粉的添加量；本发明的工艺采取锌粉和硫酸同步添加的工艺，一方面能够保证置换反应稳步地进行，另一方面能够有效防止溶液中微量砷的逸出，利于安全生产。
进一步地，所述浓硫酸的质量分数为98％。
进一步地，所述浓硫酸的量为镉液中镉含量的3％。
进一步地，所述的锌粉中锌含量为98％。
进一步地，所述部分浓硫酸的添加量为0.1-0.15g/l。
进一步地，所述锌粉和剩余浓硫酸的加入时间为25-35min。
进一步地，所述置换反应的温度为45-50℃。
进一步地，所述置换反应结束反应溶液的ph值为5-6。
进一步地，所述海绵镉的品位高达92％以上；所述海绵镉中锌含量为0.57-1.4％。
通过上述技术方案，能够有效地提高了海绵镉的质量，为下一步生产精镉创造了有利条件。
本发明实施例具有如下优点：
本发明实施例一种改进的海绵镉置换工艺明显降低了浓硫酸和锌粉的使用量，相比现有技术，浓硫酸的添加总量降低了85-90％，锌粉的添加量降低了13.5-18.3％；本发明的工艺采取锌粉和硫酸同步添加的工艺，一方面能够保证置换反应稳步地进行，另一方面能够有效地防止溶液中微量砷的逸出，利于安全生产。
相比现有技术，本发明实施例一种改进的海绵镉置换工艺降低了置换温度，减少了置换时间，有效地减少了热能消耗，缩短了工艺流程。
采用本发明实施例一种改进的海绵镉置换工艺制备的海绵镉品位高、杂质含量少、烧碱熔炼时间短，可有效减少热能消耗。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种改进的海绵镉置换工艺，所述工艺包括如下步骤：
将1l含镉量为20g的镉液放置于反应槽中；
称取浓硫酸和锌粉备用；其中，所述浓硫酸的质量分数为98％，所述浓硫酸的量为镉液中镉含量的2.5％，所述的锌粉中锌含量为98％，锌粉量为镉液中镉含量的58％；
将反应槽的温度控制在45-50℃，在搅拌条件下，向镉液中先加入0.1g浓硫酸调整溶液酸度至ph值为2.7，再同步、均匀、连续地加入锌粉和剩余浓硫酸，锌粉和剩余浓硫酸的加入时间为25min，边加入锌粉和剩余浓硫酸边进行置换反应，在原料添加过程中用ph测试仪或者ph试纸监控溶液ph值，溶液的ph值先由2.7逐渐升至5-6，后一直维持在5-6，加料完毕置换反应结束，海绵镉沉淀为颗粒状，置换反应后进行固液分离得到海绵镉和镉含量为1g/l的滤液。
所述海绵镉的品位高达98％；所述海绵镉中锌含量为0.57％。
实施例2
一种改进的海绵镉置换工艺，所述工艺包括如下步骤：
将1l含镉量为30g的镉液放置于反应槽中；
称取浓硫酸和锌粉备用；其中，所述浓硫酸的质量分数为98％，所述浓硫酸的量为镉液中镉含量的3％，所述的锌粉中锌含量为98％，锌粉量为镉液中镉含量的59％；
将反应槽的温度控制在45-50℃，在搅拌条件下，向镉液中先加入0.15g浓硫酸调整溶液酸度至ph值为2.5，再同步、均匀、连续地加入锌粉和剩余浓硫酸，锌粉和剩余浓硫酸的加入时间为30min，边加入锌粉和剩余浓硫酸边进行置换反应，在原料添加过程中用ph测试仪或者ph试纸监控溶液ph值，溶液的ph值先由2.5逐渐升至5-6，后一直维持在5-6，加料完毕置换反应结束，海绵镉沉淀为颗粒状，置换反应后进行固液分离得到海绵镉和镉含量为0.8g/l的滤液。
所述海绵镉的品位高达95％；所述海绵镉中锌含量为0.8％。
该海绵镉烧碱熔炼时烧碱单耗为0.127吨/吨粗镉，相比韶关冶炼厂的0.38吨/吨粗镉，其烧碱单耗明显减少。
实施例3
一种改进的海绵镉置换工艺，所述工艺包括如下步骤：
将1l含镉量为40g的镉液放置于反应槽中；
称取浓硫酸和锌粉备用；其中，所述浓硫酸的质量分数为98％，所述浓硫酸的量为镉液中镉含量的3.5％，所述的锌粉中锌含量为98％，锌粉量为镉液中镉含量的60％；
将反应槽的温度控制在45-50℃，在搅拌条件下，向镉液中先加入0.15g浓硫酸调整溶液酸度至ph值为2.5，再同步、均匀、连续地加入锌粉和剩余浓硫酸，锌粉和剩余浓硫酸的加入时间为35min，边加入锌粉和剩余浓硫酸边进行置换反应，在原料添加过程中用ph测试仪或者ph试纸监控溶液ph值，溶液的ph值先由2.5逐渐升至5-6，后一直维持在5-6，加料完毕置换反应结束，海绵镉沉淀为颗粒状，置换反应后进行固液分离得到海绵镉和镉含量为0.5g/l的滤液。
所述海绵镉的品位高达94％；所述海绵镉中锌含量为1.4％。
对比例1
一种改进的海绵镉置换工艺，所述工艺包括如下步骤：
将1l镉含量为30g的镉液放置于反应槽中；
称取浓硫酸和锌粉备用；其中，所述浓硫酸的质量分数为98％，所述浓硫酸的量为镉液中镉含量的1％，所述的锌粉中锌含量为98％，锌粉量为镉液中镉含量的59％；
将反应槽的温度控制在45-50℃，在搅拌条件下，向镉液中先加入0.15g浓硫酸调整溶液酸度至酸性，再同步、均匀、连续地加入锌粉和剩余浓硫酸，锌粉和剩余浓硫酸的加入时间为30min，边加入锌粉和剩余浓硫酸边进行置换反应，在原料添加过程中用ph测试仪或者ph试纸监控溶液ph值，加料完毕置换反应结束，置换反应结束反应溶液的ph值为5-6，海绵镉沉淀为细粉状，这会对后序沉淀过滤制团不利，不利于海绵镉的回收。
对比例2
一种海绵镉置换工艺，所述工艺包括如下步骤：
将1l镉含量为20g的镉液放置于反应槽中；
称取浓硫酸和锌粉备用；其中，所述浓硫酸的质量分数为98％，所述浓硫酸的量为镉液中镉含量的30％，所述的锌粉中锌含量为98％，锌粉量为16g备用；
将反应槽的温度控制在55-60℃，在搅拌条件下，向镉液中加入全部量的浓硫酸，溶液的ph值为0.9，再均匀、连续地加入锌粉，待溶液中的镉含量为1g/l达到合格标准，停止添加锌粉，锌粉的加入量为15.8g，即为镉液中镉含量的79％，锌粉的加入时间为60min，在原料添加过程中用ph测试仪或者ph试纸监控溶液ph值，溶液的ph值从0.9逐渐升至5-6，海绵镉沉淀为颗粒状，置换反应后进行固液分离得到海绵镉和镉含量为1g/l的滤液。
所述海绵镉的品位为85％；所述海绵镉中锌含量为1.9％。
该海绵镉烧碱熔炼时烧碱单耗为0.3吨/吨粗镉。
从以上实施例1-3、对比例1-2的结果可以看出，本发明的一种改进的海绵镉置换工艺明显降低了浓硫酸和锌粉的使用量，降低了置换温度，减少了置换时间，但是制备的海绵镉品位高、杂质含量少、烧碱熔炼时间短，可有效减少热能消耗，缩短工艺流程，且置换工艺安全环保。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。